Investigadores transmiten espacio

Jan 25, 2024

La energía solar espacial proporciona una forma de aprovechar el suministro prácticamente ilimitado de energía solar en el espacio exterior. La energía solar del espacio está disponible continuamente, no está sujeta a los ciclos de día y noche, las estaciones y la nubosidad, que puede producir hasta ocho veces más energía que los paneles solares en cualquier parte de la superficie de la Tierra.

Sin embargo, almacenar energía solar espacial, transmitirla a la Tierra y usarla sigue siendo un desafío.

Para superar este problema, los investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) han desarrollado una matriz de microondas para el Experimento de órbita baja de transferencia de energía (MAPLE) destinado a generar y transmitir energía solar desde el espacio a la superficie de la Tierra.

El prototipo de energía solar espacial puesto en órbita en enero ya está operativo. Ha demostrado su capacidad para transmitir energía de forma inalámbrica en el espacio y para transmitir energía detectable a la Tierra por primera vez.

Siendo probado por el Demostrador de Energía Solar Espacial (SSPD-1), es el primer prototipo espacial del Proyecto de Energía Solar Espacial (SSPP) de Caltech que tiene como objetivo recolectar energía solar en el espacio y transmitirla a la superficie de la Tierra.

MAPLE consta de transmisores de potencia de microondas livianos y flexibles alimentados por chips electrónicos personalizados construidos con tecnología de silicio de bajo costo. Utiliza una serie de transmisores para transmitir la energía a las ubicaciones deseadas.

Para que SSPP sea factible, los arreglos de transmisión de energía deben ser livianos para minimizar la cantidad de combustible necesaria para enviarlos al espacio, lo suficientemente flexibles para doblarse en un paquete que pueda transportarse en un cohete y, en general, tecnología de bajo costo.

Usando interferencia constructiva y destructiva entre transmisores, un banco de transmisores de potencia puede cambiar el enfoque y la dirección de la energía que emite sin partes móviles. Una matriz de transmisores utiliza un elemento de control sincronizado con precisión para enfocar dinámicamente la potencia en una ubicación deseada mediante una combinación coherente de ondas electromagnéticas. Debido a esto, la mayor parte de la energía se transmite al lugar deseado.

Para recibir la energía, MAPLE presenta dos conjuntos de receptores separados ubicados a aproximadamente un pie de distancia del transmisor. Luego convierte la energía en electricidad de corriente continua (CC) y la usa para encender un par de LED para mostrar la secuencia completa de transmisión de energía inalámbrica a distancia en el espacio. MAPLE probó esto encendiendo cada LED individualmente en el espacio y moviéndose de un lado a otro entre ellos. El experimento no está sellado, por lo que está sujeto a las duras condiciones ambientales del espacio, incluidas las amplias oscilaciones de temperatura y la radiación solar a las que se enfrentarán algún día las unidades SSPP a gran escala.

MAPLE también incluye una pequeña ventana a través de la cual la matriz puede transmitir la energía. Esta energía transmitida fue luego detectada por un receptor en el techo del Laboratorio de Ingeniería Gordon y Betty Moore en el campus de Caltech en Pasadena.

Según los investigadores, la señal recibida apareció en el tiempo y la frecuencia esperados y tuvo el cambio de frecuencia correcto según lo previsto en base a su viaje desde la órbita.

A través de los experimentos que los investigadores han realizado hasta ahora, recibieron la confirmación de que MAPLE puede transmitir energía con éxito a los receptores en el espacio. Los investigadores también han podido programar la matriz para dirigir su energía hacia la Tierra, que detectaron en Caltech.

"Hasta donde sabemos, nadie ha demostrado nunca la transferencia de energía inalámbrica en el espacio, incluso con costosas estructuras rígidas. Lo estamos haciendo con estructuras flexibles y livianas y con nuestros propios circuitos integrados. Esta es la primera vez", dice Ali Hajimiri. , Bren Profesor de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Médica y codirector de SSPP.

"De la misma manera que Internet democratizó el acceso a la información, esperamos que la transferencia de energía inalámbrica democratice el acceso a la energía", dice Hajimiri. "No se necesitará ninguna infraestructura de transmisión de energía sobre el terreno para recibir esta energía. Eso significa que podemos enviar energía a regiones y áreas remotas devastadas por la guerra o un desastre natural".

Los investigadores probaron MAPLE en la Tierra y conocen la demostración de que los transmisores de energía también podrían sobrevivir al lanzamiento y al vuelo espacial y seguir funcionando. Además, el experimento ha brindado comentarios útiles a los ingenieros de SSPP. Las antenas de transmisión de energía se ensamblan en grupos de 16, cada grupo impulsado por un chip de circuito integrado flexible totalmente personalizado.

El equipo de investigación ahora está evaluando el desempeño de los componentes individuales en el sistema evaluando patrones de intervención en pequeños grupos y midiendo las diferencias entre diferentes combinaciones.

El proceso podría tardar seis meses en completarse y permitirá que el equipo resuelva las irregularidades y las rastree hasta las unidades individuales, proporcionando información para la próxima generación del sistema.

Después de estudiar a fondo este sistema, el SSPP desplegará una constelación de naves espaciales modulares. Estas naves espaciales recolectarán la luz solar, la transformarán en electricidad y luego la convertirán en microondas que se transmitirán de forma inalámbrica a largas distancias a donde sea que se necesite, incluidos lugares que actualmente no tienen acceso a energía confiable.

"De la misma manera que Internet democratizó el acceso a la información, esperamos que la transferencia de energía inalámbrica democratice el acceso a la energía", dice Hajimiri. "No se necesitará ninguna infraestructura de transmisión de energía sobre el terreno para recibir esta energía. Eso significa que podemos enviar energía a regiones y áreas remotas devastadas por la guerra o un desastre natural".